Протез с нейроморфной многослойной электронной дермой воспринимает прикосновение и боль

Человеческое тело служит образцом для многих современных протезных устройств и сенсоров. Ощущения прикосновения и боли являются фундаментальными компонентами повседневной жизни: они передают ценную информацию об окружающей среде и одновременно обеспечивают защиту организма от повреждений. Совершенствование конструкций протезов и механизмов управления может помочь человеку с ампутацией восстановить утраченные функции, однако такие системы часто не обеспечивают значимой тактильной обратной связи или восприятия. С помощью чрескожной электрической стимуляции нервов (transcutaneous electrical nerve stimulation, TENS) у человека с ампутацией мы выявили и количественно определили параметры стимуляции, вызывающие безболезненные и ноцицептивные (болевые) тактильные ощущения в фантомной кисти. Активность электроэнцефалограммы (ЭЭГ) в соматосенсорных областях подтверждает активацию фантомной кисти во время стимуляции. Мы разработали многослойную электронную дерму (e-dermis), свойства которой основаны на поведении механорецепторов и ноцицепторов, чтобы обеспечивать человеку с ампутацией нейроморфную тактильную информацию. Наша биологически инспирированная электронная дерма позволяет протезу и его пользователю воспринимать непрерывный спектр ощущений — от безболезненного до болевого прикосновения — посредством нейроморфного интерфейса, генерирующего импульсную нейронную активность, подобную активности рецепторов. В задаче обнаружения боли (Pain Detection Task, PDT) мы показали, что протез и человек с ампутацией способны различать безболезненные и болевые тактильные стимулы с использованием сенсорной обратной связи и системы управления с рефлекторной обратной связью по боли. В этой работе человек с ампутацией может использовать ощущения прикосновения и боли для различения кривизны объектов, включая их остроту. Полученные результаты демонстрируют возможности создания более естественных ощущений, охватывающих широкий диапазон тактильных стимулов, для протезов кисти.